JP2009008878A

JP2009008878A - Method for manufacturing polarization conversion element

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Publication number: JP2009008878A
Application number: JP2007170077A
Authority: JP
Inventors: Shuho Kobayashi; 衆方小林; Hiroshi Matsumoto; 浩松本; Masayuki Oto; 正之大戸
Original assignee: Epson Toyocom Corp
Current assignee: Miyazaki Epson Corp
Priority date: 2007-06-28
Filing date: 2007-06-28
Publication date: 2009-01-15

Abstract

【課題】耐熱性および耐光性に優れるとともに、取り扱い易く、しかも作業性に優れた偏光変換素子の製造方法を提供する。
【解決手段】偏光変換素子１０は、矩形状の環状枠部３ａと、環状枠部３ａに囲まれた環状枠内に開口部３ｂと環状枠部３ａよりも薄厚の位相差部３ｃとが格子状に形成された位相差板３が、１／２λ位相差機能を有する平板よりなる水晶基板をエッチング法を用いて形成され、環状枠部３ａに塗布された接着剤４により、入射した光を二種類の偏光光に分離するための偏光分離素子２の光射出面に貼着される。
【選択図】図１Provided is a method for manufacturing a polarization conversion element that has excellent heat resistance and light resistance, is easy to handle, and has excellent workability.
A polarization conversion element includes a rectangular ring-shaped frame part, and an opening part and a phase difference part that is thinner than the ring-shaped frame part are latticed in the ring frame surrounded by the ring frame part. The phase difference plate 3 formed in a shape is formed by etching a quartz substrate made of a flat plate having a 1 / 2λ phase difference function, and the incident light is applied by the adhesive 4 applied to the annular frame portion 3a. It sticks on the light emission surface of the polarization separation element 2 for separating into two types of polarized light.
[Selection] Figure 1

Description

本発明は、画像を投写表示するプロジェクタに用いられる偏光変換素子の製造方法に関する。 The present invention relates to a method of manufacturing a polarization conversion element used in a projector that projects and displays an image.

画像を投写表示するプロジェクタは、電気光学装置を用いて、照明光学系から射出された照明光を画像情報（画像信号）に応じて変調し、変調された光線束をスクリーン上に投写して画像が表示される。このようなプロジェクタによって表示される画像は、均一で明るいことが好ましく、これに用いられる照明光学系の光の利用効率が高いことが望まれる。
照明光学系には、一般的に、光の利用効率を向上させる観点から、光源から射出された非偏光な光（白色光）を複数の中間光線束に分割するインテグレータと、分割された複数の中間光線束を一種類の直線偏光光に変換するための偏光変換素子などが使用されている。 A projector that projects and displays an image modulates illumination light emitted from an illumination optical system according to image information (image signal) using an electro-optical device, and projects the modulated light flux on a screen to generate an image. Is displayed. An image displayed by such a projector is preferably uniform and bright, and it is desired that the light use efficiency of the illumination optical system used for this is high.
The illumination optical system generally includes an integrator that splits non-polarized light (white light) emitted from a light source into a plurality of intermediate light bundles and a plurality of divided light beams from the viewpoint of improving the light utilization efficiency. A polarization conversion element or the like for converting the intermediate light beam into one kind of linearly polarized light is used.

図６は、一般的な偏光変換素子を説明するための模式図であり、図６（ａ）は偏光変換素子の斜視図であり、図６（ｂ）は図６（ａ）を＋ｚ方向から見た偏光変換素子の平面図である。
図６（ａ）および図６（ｂ）において、偏光変換素子５０は、入射した光を二種類の偏光光に分離するための偏光分離素子（ＰＢＳ）５１と、偏光分離素子５１の光射出面側に選択的に配置され、二種類の偏光光の一方を他方の偏光光に変換するための位相差板としての１／２λ位相差板５２とを備えている。なお、偏光変換素子５０に入射する光は、その主光線（中心軸）が、組み込まれて用いられるプロジェクタにおける照明光学系のシステム光軸１００に略平行に入射する。 6A and 6B are schematic diagrams for explaining a general polarization conversion element. FIG. 6A is a perspective view of the polarization conversion element, and FIG. 6B is a perspective view of FIG. 6A from the + z direction. It is the top view of the polarization conversion element which looked.
6A and 6B, the polarization conversion element 50 includes a polarization separation element (PBS) 51 for separating incident light into two types of polarized light, and a light exit surface of the polarization separation element 51. And a ½λ phase difference plate 52 as a phase difference plate for converting one of the two kinds of polarized light into the other polarized light. Note that the light incident on the polarization conversion element 50 has its principal ray (center axis) incident substantially parallel to the system optical axis 100 of the illumination optical system in the projector to be incorporated and used.

偏光分離素子５１は、システム光軸１００に直交する光入射面と、光入射面にほぼ平行な光射出面と、光入射面および光射出面と所定の角度を成す複数の界面で順次貼り合わされた複数の透光性基板としてのガラス材５１ａと、複数の界面に交互に設けられた複数の偏光分離膜５１ｂ（図中に実線で示す）および反射膜５１ｃ（図中に破線で示す）とを備えている。
複数の界面の光入射面（光射出面）との所定の角度は、一般的に４５°であり、ガラス材５１ａは、ｘ−ｙ軸方向において略平行四辺形の断面形状を有しｚ軸方向に延伸する柱状を成している。 The polarization separation element 51 is sequentially bonded at a light incident surface orthogonal to the system optical axis 100, a light emitting surface substantially parallel to the light incident surface, and a plurality of interfaces forming a predetermined angle with the light incident surface and the light emitting surface. A plurality of glass materials 51a as a plurality of translucent substrates, a plurality of polarization separation films 51b (shown by solid lines in the figure) and a reflection film 51c (shown by broken lines in the figure) provided alternately at a plurality of interfaces It has.
The predetermined angle with the light incident surface (light exit surface) of the plurality of interfaces is generally 45 °, and the glass material 51a has a substantially parallelogram-shaped cross-sectional shape in the xy-axis direction and a z-axis. It has a column shape extending in the direction.

偏光分離膜５１ｂは誘電体多層膜で形成され、入射した光線束（ｓ偏光光＋ｐ偏光光）を、ｓ偏光の部分光線束（ｓ偏光光）とｐ偏光の部分光線束（ｐ偏光光）とに分離して、ｓ偏光光を反射し、ｐ偏光光を透過する機能を有する。一方、反射膜５１ｃは誘電体多層膜または金属膜で形成され、反射膜５１ｃに入射したｓ偏光光を反射する機能を有する。 The polarization separation film 51b is formed of a dielectric multilayer film, and converts an incident light bundle (s-polarized light + p-polarized light) into an s-polarized partial light bundle (s-polarized light) and a p-polarized partial light bundle (p-polarized light). And has the function of reflecting s-polarized light and transmitting p-polarized light. On the other hand, the reflective film 51c is formed of a dielectric multilayer film or a metal film, and has a function of reflecting the s-polarized light incident on the reflective film 51c.

１／２λ位相差板５２は、ストライプ状に配列して設けられた位相差層５２ａと開口層５２ｂとによって構成されている。位相差層５２ａは、ガラス材５１ａに形成された偏光分離膜５１ｂを透過したｐ偏光光が入射する光射出面側の面に配置され、入射するｐ偏光光を、偏光方向が直交するｓ偏光光に変換する機能を有している。一方、開口層５２ｂは、反射膜５１ｃで反射されて入射するｓ偏光光をそのまま透過する機能を有している。
このように機能する１／２λ位相差板５２は、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）フィルムなどよりなる位相差層５２ａをトリアセチルセルロース（ＴＡＣ）フィルムで挟み込んだ形態の位相差フィルムである。したがって、開口層５２ｂは、ＴＡＣフィルムにより構成されている。 The 1 / 2λ phase difference plate 52 includes a phase difference layer 52a and an opening layer 52b that are arranged in a stripe pattern. The retardation layer 52a is disposed on the light exit surface side on which p-polarized light that has passed through the polarization separation film 51b formed on the glass material 51a is incident, and the incident p-polarized light is s-polarized light whose polarization direction is orthogonal. It has the function of converting to light. On the other hand, the opening layer 52b has a function of transmitting the s-polarized light incident after being reflected by the reflective film 51c.
The 1 / 2λ phase difference plate 52 that functions in this way is a phase difference film in which a phase difference layer 52a made of a polyvinyl alcohol (PVA) film or the like is sandwiched between triacetyl cellulose (TAC) films. Therefore, the opening layer 52b is composed of a TAC film.

なお、偏光変換素子５０は、偏光変換素子５０に入射する光が偏光分離膜５１ｂのみに入射し、反射膜５１ｃには入射しないように配列された遮光板６０（図６（ｂ）中に二点鎖線で示す）が、光入射面側に配設されて用いられる。
遮光板６０としては、アルミニウム板などの遮光性を有する金属板に開口部６０ａを設けて遮光部６０ｂを形成したものが例示される。その他の例として、ガラス板などの平板状の透明板に、クロムなどの遮光性の膜を遮光部としてストライプ状に形成したものが挙げられる。 Note that the polarization conversion element 50 is arranged so that light incident on the polarization conversion element 50 is incident only on the polarization separation film 51b and not on the reflection film 51c (two light shielding plates 60 in FIG. 6B). (Shown by a dotted line) is provided on the light incident surface side.
Examples of the light shielding plate 60 include a metal plate having light shielding properties such as an aluminum plate provided with an opening 60a to form the light shielding portion 60b. Other examples include a flat transparent plate such as a glass plate formed with a light-shielding film such as chromium in a stripe shape as a light-shielding portion.

このように構成された偏光変換素子５０は、図６（ｂ）に示すように、遮光板６０の開口部６０ａより偏光分離素子５１のガラス材５１ａに入射した光（ｓ偏光光＋ｐ偏光光）が、偏光分離膜５１ｂにおいてｓ偏光光とｐ偏光光の２つの部分光線束に分離される。そして、偏光分離膜５１ｂで分離された一方のｓ偏光光が、反射膜５１ｃにおいて反射されるとともに、分離された他方のｐ偏光光が偏光分離膜５１ｂを透過して１／２λ位相差板５２においてｓ偏光光に変換される。すなわち、偏光変換素子５０において１種類の偏光光に変換されたｓ偏光光が、偏光変換素子５０からシステム光軸１００と略平行方向に射出される。 As shown in FIG. 6B, the polarization conversion element 50 configured in this way has light (s-polarized light + p-polarized light) incident on the glass material 51 a of the polarization separation element 51 from the opening 60 a of the light shielding plate 60. Is separated into two partial beam bundles of s-polarized light and p-polarized light in the polarization separation film 51b. Then, the one s-polarized light separated by the polarization separation film 51b is reflected by the reflection film 51c, and the other separated p-polarized light is transmitted through the polarization separation film 51b to be a 1 / 2λ phase difference plate 52. In s-polarized light. That is, the s-polarized light converted into one type of polarized light in the polarization conversion element 50 is emitted from the polarization conversion element 50 in a direction substantially parallel to the system optical axis 100.

また、偏光変換素子５０は、偏光分離膜５１ｂで分離されて反射膜５１ｃにおいて反射されるｓ偏光光の光射出面側の面に、１／２λ位相差板５２の位相差層５２ａを配置することにより、入射する光（ｓ偏光光＋ｐ偏光光）が１種類のｐ偏光光に変換されて射出することができる偏光変換素子５０が得られる。 Further, in the polarization conversion element 50, the phase difference layer 52a of the 1 / 2λ phase difference plate 52 is disposed on the surface on the light exit surface side of the s-polarized light separated by the polarization separation film 51b and reflected by the reflection film 51c. Thus, the polarization conversion element 50 that can convert the incident light (s-polarized light + p-polarized light) into one kind of p-polarized light and emit the same is obtained.

以上のように、偏光変換素子５０を構成する１／２λ位相差板５２として、有機材料系の位相差フィルムが用いられた従来の偏光変換素子５０は、光源から射出された光が通過することによって、位相差フィルムが黄変したり、発熱したりして、位相差フィルムの光学特性の劣化を招く。すなわち耐熱性および耐光性の信頼性に劣るという問題を有している。
こうした問題に対応するために、１／２λ位相差板を水晶を用いて構成した偏光変換素子が提案されている（例えば、特許文献１参照）。 As described above, the light emitted from the light source passes through the conventional polarization conversion element 50 using the organic material phase difference film as the ½λ phase difference plate 52 constituting the polarization conversion element 50. As a result, the retardation film turns yellow or generates heat, leading to deterioration of the optical properties of the retardation film. That is, there is a problem that the reliability of heat resistance and light resistance is inferior.
In order to cope with such a problem, a polarization conversion element in which a ½λ phase difference plate is configured using quartz has been proposed (for example, see Patent Document 1).

特開２００３−３０２５２３号公報JP 2003-302523 A

しかしながら水晶で形成された１／２λ位相差板は、可視光波長域（４００ｎｍ〜７００ｎｍ）の略全帯域に対応する所定の機能を得るためには、３００ｎｍ程度以下の薄い板厚で構成される。また、偏光分離素子の光射出面側の位相差層として、短冊状に加工された１／２λ位相差板を、偏光分離膜および反射膜に対応して一枚ずつ格子状に配列して貼り合わされて偏光変換素子が製造されている。
水晶は破損し易く、水晶で形成された１／２λ位相差板を備えた偏光変換素子には、より耐熱性および耐光性に優れるとともに、取り扱い易く、しかも作業性に優れた新たな製造方法が求められている。 However, the 1 / 2λ retardation plate made of quartz is formed with a thin plate thickness of about 300 nm or less in order to obtain a predetermined function corresponding to almost the entire visible light wavelength range (400 nm to 700 nm). . In addition, as a phase difference layer on the light exit surface side of the polarization separation element, a 1 / 2λ retardation plate processed into a strip shape is arranged and attached in a lattice pattern one by one corresponding to the polarization separation film and the reflection film. The polarization conversion element is manufactured together.
Quartz is easy to break, and a polarization conversion element equipped with a 1 / 2λ phase difference plate made of quartz has a new manufacturing method that is superior in heat resistance and light resistance, easy to handle, and excellent in workability. It has been demanded.

本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態または適用例として実現することが可能である。 SUMMARY An advantage of some aspects of the invention is to solve at least a part of the problems described above, and the invention can be implemented as the following forms or application examples.

［適用例１］
本適用例に係る偏光変換素子の製造方法は、偏光分離素子が、光入射面および前記光入射面に略平行な光射出面に所定の角度を成す複数の界面で順次貼り合わされた複数の透光性基板と、前記複数の界面に交互に設けられた偏光分離膜および反射膜とを含み構成され、入射する光の偏光状態を変換して射出するための位相差板が１／２λ位相差機能を有する水晶を用いて構成され、前記偏光分離素子の前記光射出面に貼着された偏光変換素子の製造方法であって、前記位相差板は、前記偏光分離素子の周縁に沿う矩形状の環状枠部と、前記環状枠部に囲まれた環状枠内に且つ格子状に形成された位相差部と、を有し、前記位相差部の厚みは前記環状枠部の厚みよりも薄く形成し、前記位相差板が前記位相差部と前記偏光分離素子の前記光射出面との間に空気層を備え、前記環状枠部と前記光射出面とを貼着することを特徴とする。 [Application Example 1]
In the manufacturing method of the polarization conversion element according to this application example, the polarization separation element includes a plurality of transparent members that are sequentially bonded to a light incident surface and a plurality of interfaces that form a predetermined angle with a light exit surface substantially parallel to the light incident surface. A phase difference plate that includes an optical substrate and polarization separation films and reflection films provided alternately at the plurality of interfaces and converts the polarization state of incident light and emits it is 1 / 2λ phase difference A polarization conversion element manufacturing method comprising a quartz crystal having a function and attached to the light exit surface of the polarization separation element, wherein the retardation plate has a rectangular shape along the periphery of the polarization separation element An annular frame portion and a phase difference portion formed in a lattice shape in an annular frame surrounded by the annular frame portion, and the thickness of the phase difference portion is smaller than the thickness of the annular frame portion. Forming the phase difference plate and the light emission of the phase difference portion and the polarization separation element Characterized in that an air layer, is stuck and the light exit surface and the annular frame between.

これによれば、偏光分離素子の周縁に沿う矩形状の環状枠部と、環状枠部に囲まれた環状枠内に格子状に形成された環状枠部よりも薄厚の位相差部とを有し、１／２λ位相差機能を有する水晶を用いて構成された位相差板が、偏光分離素子の光射出面に貼着された偏光変換素子は、位相差板の位相差部と偏光分離素子の光射出面との間に、空気層が形成されていることにより、プロジェクタなどに組み込まれて用いられる際に、光源から射出されて偏光変換素子を通過する光により発生する熱を、雰囲気中に放熱することができる。よって、耐熱性および耐光性が向上し、光学特性の劣化を低減した偏光変換素子が得られる。また、偏光変換素子は、位相差板が偏光分離素子の光射出面に貼着される際に、格子状に形成され、しかも厚さが薄く破損し易い位相差部が、厚さの厚い環状枠部に一体に支持されていることにより、短冊状に加工された１／２λ位相差板を、一枚ずつ格子状に配列して貼り合わせ加工する従来の方法に比べて、取り扱い易く、しかも作業性に優れた偏光変換素子の製造方法が得られる。 According to this, there is a rectangular annular frame portion along the periphery of the polarization separation element, and a phase difference portion that is thinner than the annular frame portion formed in a lattice shape in the annular frame surrounded by the annular frame portion. In addition, a polarization conversion element in which a phase difference plate composed of quartz having a 1 / 2λ phase difference function is attached to a light exit surface of a polarization separation element includes a phase difference portion of the phase difference plate and a polarization separation element. When an air layer is formed between the light emitting surface and the light emitting surface, the heat generated by the light emitted from the light source and passing through the polarization conversion element is used in the atmosphere when incorporated in a projector or the like. Can dissipate heat. Therefore, a polarization conversion element with improved heat resistance and light resistance and reduced deterioration of optical characteristics can be obtained. In addition, the polarization conversion element is formed in a lattice shape when the retardation plate is attached to the light exit surface of the polarization separation element, and the retardation portion that is thin and easily damaged has a thick annular shape. Compared to the conventional method in which the 1 / 2λ retardation plates processed in a strip shape are arranged in a lattice pattern one by one by being supported by the frame, it is easier to handle. A method for manufacturing a polarization conversion element excellent in workability can be obtained.

［適用例２］
上記適用例に係る偏光変換素子の製造方法は、前記空気層は、前記環状枠部を前記偏光分離素子の前記光射出面に貼着する貼着層により形成された間隙であることが好ましい。
これによれば、プロジェクタなどに組み込まれて用いられる際に、光源から射出されて偏光変換素子を通過する光により発生する熱を、雰囲気中に放熱することができる空気層が、位相差板を偏光分離素子の光射出面に貼着する貼着層により形成されることにより、間隙部材などを改めて設けることなく、容易に空気層を形成することができる。また、貼着層の厚さを調節することで、位相差板と光射出面が過度に近接することによる干渉縞を防止できる所望寸法の間隙を容易に得ることができる。 [Application Example 2]
In the method for manufacturing a polarization conversion element according to the application example, it is preferable that the air layer is a gap formed by an adhesive layer that adheres the annular frame portion to the light exit surface of the polarization separation element.
According to this, when used in a projector or the like, an air layer that can radiate heat generated by light emitted from a light source and passing through a polarization conversion element into the atmosphere is provided with a retardation plate. By forming the adhesive layer on the light exit surface of the polarization separation element, an air layer can be easily formed without providing a gap member or the like again. Further, by adjusting the thickness of the adhesive layer, it is possible to easily obtain a gap having a desired dimension that can prevent interference fringes due to excessive proximity between the retardation film and the light exit surface.

［適用例３］
上記適用例に係る偏光変換素子の製造方法は、前記位相差板は、１／２λ位相差機能を有する平板よりなる水晶基板に、エッチング法を用いて前記位相差部が形成されることが好ましい。
これによれば、偏光分離素子の光射出面に貼着される位相差板が、１／２λ位相差機能を有する平板の水晶基板にエッチング法を用いて位相差部が形成されることにより、位相差板の外周に沿う環状枠部の環状枠内に薄厚の位相差部を格子状に形成することができる。よって、厚さが薄く、破損し易い位相差部を容易に形成することができるとともに、短冊状に加工された１／２λ位相差板を一枚ずつ格子状に配列して貼り合わせ加工する従来の方法に比べて、取り扱い易く、しかも作業性に優れた偏光変換素子の製造方法が得られる。 [Application Example 3]
In the method of manufacturing a polarization conversion element according to the application example, it is preferable that the retardation plate is formed on a quartz substrate made of a flat plate having a 1 / 2λ retardation function by using an etching method. .
According to this, the retardation plate adhered to the light exit surface of the polarization separation element is formed by using the etching method on the flat crystal substrate having a 1 / 2λ retardation function. A thin phase difference portion can be formed in a lattice shape in the annular frame of the annular frame portion along the outer periphery of the phase difference plate. Accordingly, a retardation portion that is thin and easily damaged can be easily formed, and a half-λ retardation plate processed into a strip shape is arranged in a lattice pattern one by one and bonded together Compared with this method, a method for producing a polarization conversion element that is easy to handle and excellent in workability can be obtained.

［適用例４］
上記適用例に係る偏光変換素子の製造方法は、少なくとも、前記空気層を形成する前記偏光分離素子の光射出面、および前記位相差部の前記光射出面に相対する面に、反射防止層を備えることが好ましい。
これによれば、少なくとも、空気層を形成する偏光分離素子の光射出面およびその光射出面に相対する位相差部の面に、反射防止層を備えることにより、それぞれの面における多重反射を防ぐことができる。よって、偏光変換素子に入射する光の変換効率の低下を抑制することができる。 [Application Example 4]
In the manufacturing method of the polarization conversion element according to the application example, an antireflection layer is provided on at least a light exit surface of the polarization separation element that forms the air layer and a surface of the phase difference portion that faces the light exit surface. It is preferable to provide.
According to this, by providing an antireflection layer at least on the light exit surface of the polarization separation element that forms the air layer and the surface of the phase difference portion facing the light exit surface, multiple reflection on each surface is prevented. be able to. Therefore, it is possible to suppress a decrease in conversion efficiency of light incident on the polarization conversion element.

以下、実施形態を図面に基づいて説明する。
図１は、本実施形態に係る偏光変換素子の構成を模式的に示す斜視図であり、図２は、図１のＡ−Ａ線における断面図である。但し図２は、図１に対する倍率が異なる。 Hereinafter, embodiments will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a perspective view schematically showing the configuration of the polarization conversion element according to the present embodiment, and FIG. 2 is a cross-sectional view taken along the line AA of FIG. However, FIG. 2 differs in magnification from FIG.

図１および図２において、偏光変換素子１０は、入射した光を二種類の偏光光に分離するための偏光分離素子（ＰＢＳ）２と、偏光分離素子２の一方の面に貼着層としての接着剤４により貼着された位相差板３とを備えている。偏光変換素子１０の光入射面は、偏光分離素子２の位相差板３が貼着された面に相対する偏光分離素子２の面である。なお、貼着層は接着剤４を例として示しているが、粘着剤を用いてもよい。 1 and 2, a polarization conversion element 10 includes a polarization separation element (PBS) 2 for separating incident light into two types of polarized light, and an adhesive layer on one surface of the polarization separation element 2. And a phase difference plate 3 attached by an adhesive 4. The light incident surface of the polarization conversion element 10 is the surface of the polarization separation element 2 that faces the surface of the polarization separation element 2 to which the phase difference plate 3 is attached. In addition, although the adhesive layer has shown the adhesive agent 4 as an example, you may use an adhesive.

この偏光変換素子１０は、上記図６に示した一般的な偏光変換素子５０を構成する１／２λ位相差板５２の基材が、有機材料系の位相差フィルムにより構成されているのに対して、位相差板３が１／２λ位相差機能を有する水晶を用いて形成されていること、および位相差板３の偏光分離素子２への貼着構成のみが異なる。したがって、偏光分離素子２の構成、偏光分離素子２の機能（機能動作）および位相差板３の基本機能についての説明は、省略または簡略化する。 In this polarization conversion element 10, the base material of the ½λ retardation plate 52 constituting the general polarization conversion element 50 shown in FIG. 6 is composed of an organic material phase difference film. Thus, the only difference is that the phase difference plate 3 is formed using quartz having a 1 / 2λ phase difference function, and that the configuration of attaching the phase difference plate 3 to the polarization separation element 2 is different. Therefore, descriptions of the configuration of the polarization separation element 2, the function (functional operation) of the polarization separation element 2, and the basic function of the phase difference plate 3 are omitted or simplified.

偏光分離素子２は、略平行四辺形の断面形状を有する柱状の透光性基板としてのガラス材２ａ（但し、両側最端部は三角柱形状のガラス材）が、複数の界面で順次貼り合わされて構成されている。複数の界面には、図１中に実線で示す偏光分離膜２ｂと、破線で示す反射膜２ｃとが交互に設けられている。偏光分離膜２ｂは誘電体多層膜で形成され、入射した光線束（ｓ偏光光＋ｐ偏光光）を、ｓ偏光の部分光線束（ｓ偏光光）とｐ偏光の部分光線束（ｐ偏光光）とに分離して、ｓ偏光光を反射し、ｐ偏光光を透過する機能を有する（図６参照）。一方、反射膜２ｃは、誘電体多層膜または金属膜で形成され、反射膜２ｃに入射したｓ偏光光を反射する機能を有する。 The polarized light separating element 2 includes a glass material 2a as a column-shaped translucent substrate having a substantially parallelogram-shaped cross-sectional shape (however, both end portions are triangular columnar glass materials) are sequentially bonded at a plurality of interfaces. It is configured. In the plurality of interfaces, polarization separation films 2b indicated by solid lines in FIG. 1 and reflection films 2c indicated by broken lines are alternately provided. The polarization separation film 2b is formed of a dielectric multilayer film, and converts an incident light bundle (s-polarized light + p-polarized light) into an s-polarized partial light bundle (s-polarized light) and a p-polarized partial light bundle (p-polarized light). And has the function of reflecting s-polarized light and transmitting p-polarized light (see FIG. 6). On the other hand, the reflective film 2c is formed of a dielectric multilayer film or a metal film, and has a function of reflecting s-polarized light incident on the reflective film 2c.

また、このように構成された偏光分離素子２の光射出面（位相差板３側の面）には、反射防止（ＡＲ）層９が設けられている（図２参照）。反射防止層９としては、例えば、二酸化珪素、酸化チタン等の物質を蒸着またはスパッタリング処理、あるいはフッ素系物質を薄く塗布することにより形成される。 Further, an antireflection (AR) layer 9 is provided on the light exit surface (surface on the phase difference plate 3 side) of the polarization separating element 2 configured as described above (see FIG. 2). The antireflection layer 9 is formed, for example, by depositing or sputtering a substance such as silicon dioxide or titanium oxide, or by thinly applying a fluorine-based substance.

位相差板３は、１／２λ位相差機能を有する水晶で形成されている。この位相差板３は、図１中に実線の矢印で示すように、光学軸に平行な面が偏光分離素子２の光射出面となるように、しかも、水晶に入射する直線偏光光（ｐ偏光光）の電界ベクトルの振動方向αと光学軸との角度θが略４５°となるように配置されている。 The phase difference plate 3 is made of quartz having a 1 / 2λ phase difference function. The phase difference plate 3 has a linearly polarized light (p) incident on the crystal so that the plane parallel to the optical axis becomes the light exit surface of the polarization separation element 2 as indicated by the solid arrow in FIG. The angle θ between the vibration direction α of the electric field vector of the polarized light) and the optical axis is approximately 45 °.

また、位相差板３は、偏光分離素子２の周縁に沿う矩形状の環状枠部３ａと、環状枠部３ａに囲まれた環状枠内に、多数の開口部３ｂと環状枠部３ａよりも薄厚の多数の位相差部３ｃとが格子状に形成されている。この位相差板３は、環状枠部３ａに囲まれた環状枠内の領域が、１／２λ位相差機能領域である。なお、本実施形態における水晶とは、ＳｉＯ₂の単結晶であり、人工水晶または天然水晶のどちらであってもよい。 In addition, the phase difference plate 3 has a rectangular annular frame portion 3a along the periphery of the polarization separation element 2, and an annular frame surrounded by the annular frame portion 3a, more than a large number of openings 3b and the annular frame portion 3a. A large number of thin phase difference portions 3c are formed in a lattice shape. In the phase difference plate 3, a region in the annular frame surrounded by the annular frame portion 3 a is a ½λ phase difference functional region. The quartz crystal in the present embodiment is a single crystal of SiO ₂ and may be either an artificial quartz crystal or a natural quartz crystal.

図２において、位相差部３ｃは、偏光分離素子２を構成するガラス材２ａに形成された各偏光分離膜２ｂを透過したｐ偏光光が入射する光射出面側の面に配置されている。すなわち、位相差部３ｃは、ガラス材２ａに形成されたそれぞれの偏光分離膜２ｂに対応する光射出面に配置されている。この位相差部３ｃは、偏光分離膜２ｂを透過して入射するｐ偏光光を、偏光方向が直交するｓ偏光光に変換する機能を有している（図６（ｂ）参照）。
また、位相差板３の光入射面（環状枠部３ａおよび位相差部３ｃを含む偏光分離素子２側の面）には、反射防止層９が設けられている。 In FIG. 2, the phase difference portion 3 c is disposed on the surface on the light exit surface side where p-polarized light that has passed through each polarization separation film 2 b formed on the glass material 2 a constituting the polarization separation element 2 is incident. That is, the phase difference part 3c is arrange | positioned at the light emission surface corresponding to each polarization separation film 2b formed in the glass material 2a. The phase difference portion 3c has a function of converting p-polarized light that is transmitted through the polarization separation film 2b and converted into s-polarized light whose polarization directions are orthogonal (see FIG. 6B).
An antireflection layer 9 is provided on the light incident surface of the phase difference plate 3 (the surface on the side of the polarization separation element 2 including the annular frame portion 3a and the phase difference portion 3c).

偏光分離素子２の一方の面（光射出面）に位相差板３を貼着するのに用いられる接着剤４、および貼着方法については後述する。
このように構成された偏光変換素子１０は、入射する光（ｓ偏光光＋ｐ偏光光）を１種類のｓ偏光光に変換して射出する光学素子として、プロジェクタなどの照明光学系に用いられる。 The adhesive 4 used for adhering the phase difference plate 3 to one surface (light exit surface) of the polarization separation element 2 and the adhering method will be described later.
The polarization conversion element 10 configured as described above is used in an illumination optical system such as a projector as an optical element that converts incident light (s-polarized light + p-polarized light) into one kind of s-polarized light and emits it.

次に、位相差板３の製造方法について説明する。
位相差板３は、開口部形成ステップと、位相差部形成ステップとにより加工される。この開口部形成ステップと位相差部形成ステップとは、連続して加工が行われる。 Next, a method for manufacturing the retardation film 3 will be described.
The phase difference plate 3 is processed by an opening forming step and a phase difference forming step. The opening forming step and the phase difference forming step are continuously processed.

図３は、本実施形態に係る位相差板の製造方法を模式的に示す工程図である。また、図４（ａ）は、開口部形成ステップ後の態様を示す位相差板の斜視図であり、図４（ｂ）は、位相差部形成ステップ後の態様を示す位相差板の斜視図である。
なお、これらの各図面において、説明の便宜のために各構成要素の寸法や比率を実際のものとは異ならせてある。 FIG. 3 is a process diagram schematically showing a method of manufacturing a retardation plate according to the present embodiment. 4A is a perspective view of the phase difference plate showing an aspect after the opening forming step, and FIG. 4B is a perspective view of the phase difference plate showing an aspect after the phase difference forming step. It is.
In these drawings, the dimensions and ratios of the constituent elements are different from actual ones for convenience of explanation.

開口部形成ステップは、プロテクト層形成工程−１（図３（ａ））、レジストパターニング工程−１（図３（ｂ））、プロテクト層エッチング工程−１（図３（ｃ））、水晶エッチング工程−１（図３（ｄ））、プロテクト層・レジスト剥離工程−１（図３（ｅ））が、この順に行われる。
位相差部形成ステップは、プロテクト層形成工程−２（図３（ｆ））、レジストパターニング工程−２（図３（ｇ））、プロテクト層エッチング工程−２（図３（ｈ））、水晶エッチング工程−２（図３（ｉ））、プロテクト層・レジスト剥離工程−２（図３（ｊ））が、この順に行われる。 The opening forming step includes a protect layer forming process-1 (FIG. 3A), a resist patterning process-1 (FIG. 3B), a protect layer etching process-1 (FIG. 3C), and a crystal etching process. -1 (FIG. 3 (d)) and protect layer / resist peeling step-1 (FIG. 3 (e)) are performed in this order.
The phase difference forming step includes a protect layer forming process-2 (FIG. 3 (f)), a resist patterning process-2 (FIG. 3 (g)), a protect layer etching process-2 (FIG. 3 (h)), and a crystal etching. Step-2 (FIG. 3 (i)) and protect layer / resist peeling step-2 (FIG. 3 (j)) are performed in this order.

図３（ａ）に示すプロテクト層形成工程−１では、一枚の平板の水晶基板３０の表面にプロテクト層５が成膜される。
プロテクト層５は、水晶基板３０の一方の面上に、真空蒸着法またはスパッタ法を用いて下地層としてクロム（Ｃｒ）、その上層に金（Ａｕ）の金属膜が成膜される。このプロテクト層５は、後工程の水晶エッチング工程−１におけるエッチングの際に、エッチング液により水晶基板３０の表面が粗くなるのを防ぐなどの機能を有する。
そして、レジストパターニング工程−１に移行する。 In the protect layer forming step-1 shown in FIG. 3A, the protect layer 5 is formed on the surface of one flat quartz crystal substrate 30.
The protective layer 5 is formed by forming a metal film of chromium (Cr) as an underlayer on one surface of the quartz substrate 30 and using gold (Au) as an underlayer by using a vacuum evaporation method or a sputtering method. The protect layer 5 has a function of preventing the surface of the quartz substrate 30 from being roughened by the etching solution during the etching in the subsequent quartz etching step-1.
And it transfers to the resist patterning process-1.

図３（ｂ）に示すレジストパターニング工程−１では、レジスト６がプロテクト層５の表面にパターニングされる。なお、図中には、完成した位相差板３が後に貼着される偏光分離素子２を、二点鎖線で示す。
レジスト６のパターニングは、一般的なパターニング法を用いて行われる。それは、フォトリソ用のレジスト（フォトレジスト）がプロテクト層５の表面に塗布されるレジスト塗布工程、レジストの緻密化と密着性の強化のためにレジストを乾燥するプレベーキング工程、マスク合わせして露光する露光工程、現像液で現像を行う現像工程、およびパターニングされたレジストの密着性を高めるためのポストベーキング工程により行われる。 In the resist patterning step-1 shown in FIG. 3B, the resist 6 is patterned on the surface of the protect layer 5. In the figure, the polarization separation element 2 to which the completed retardation plate 3 is attached later is indicated by a two-dot chain line.
The resist 6 is patterned using a general patterning method. That is, a resist coating process in which a resist for photolithography (photoresist) is applied to the surface of the protective layer 5, a pre-baking process in which the resist is dried for densification and adhesion enhancement, and mask exposure. It is carried out by an exposure process, a development process in which development is performed with a developer, and a post-baking process for improving the adhesion of the patterned resist.

このレジストパターニングは、環状枠部３ａと、環状枠部３ａに囲まれた環状枠内の領域の内、偏光分離素子２の各偏光分離膜２ｂを透過したｐ偏光光が入射する光射出面側のそれぞれの面に対応した領域、すなわち開口部３ｂ（図１および図２参照）が形成される領域以外にレジスト６がパターニングされる。
そして、プロテクト層エッチング工程−１に移行する。 This resist patterning is performed on the light exit surface side on which the p-polarized light transmitted through each polarization separation film 2b of the polarization separation element 2 in the annular frame 3a and the region in the annular frame surrounded by the annular frame 3a is incident. The resist 6 is patterned in regions other than the regions corresponding to the respective surfaces, that is, the regions where the openings 3b (see FIGS. 1 and 2) are formed.
Then, the process proceeds to the protective layer etching process-1.

図３（ｃ）に示すプロテクト層エッチング工程−１では、パターニングされたレジスト６をポジ型のエッチングレジストとして、エッチング液を用いてプロテクト層５のウエットエッチングが行われる。エッチング液としては、例えば、ペルオキソ２硫酸アンモニウム水溶液などの過硫酸アンモニウム水溶液、亜硫酸ナトリウムを含むアンモニア水溶液、またはフェリシアン化カリウムを含むアルカリ性水溶液などが用いられる。ウエットエッチング法は、エッチング液を処理面に吹き付けるスプレー法や、エッチング液を処理面に滴下するスピン法などを用いることができる。これにより、レジスト６に覆われていない領域のプロテクト層５がエッチングされて、レジスト６の下層にそれぞれ分離されたプロテクト層（分離プロテクト層）５ａが形成される。
そして、水晶エッチング工程−１に移行する。 In the protect layer etching step-1 shown in FIG. 3C, the protective layer 5 is wet-etched using an etchant using the patterned resist 6 as a positive etching resist. As the etching solution, for example, an ammonium persulfate aqueous solution such as an ammonium peroxodisulfate aqueous solution, an ammonia aqueous solution containing sodium sulfite, or an alkaline aqueous solution containing potassium ferricyanide is used. As the wet etching method, a spray method in which an etching solution is sprayed on a treatment surface, a spin method in which an etching solution is dropped on the treatment surface, or the like can be used. As a result, the protection layer 5 in a region not covered with the resist 6 is etched, and separate protection layers (separation protection layers) 5 a are formed under the resist 6.
And it transfers to the crystal etching process-1.

図３（ｄ）に示す水晶エッチング工程−１では、パターニングされたレジスト６および分離プロテクト層５ａをポジ型のフォトマスクとして、水晶基板３０のウエットエッチングが行われる。
エッチング液として、例えば、フッ化アンモニウム（Ｈ₄ＦＮ）が用いられる。これにより、レジスト６および分離プロテクト層５ａに覆われていない領域の水晶基板３０がエッチングされる。エッチングレートは２０ｎｍ／ｓｅｃ程度が望ましい。 In the crystal etching step-1 shown in FIG. 3D, the crystal substrate 30 is wet-etched using the patterned resist 6 and the isolation protect layer 5a as a positive photomask.
For example, ammonium fluoride (H ₄ FN) is used as the etching solution. As a result, the crystal substrate 30 in the region not covered with the resist 6 and the isolation protection layer 5a is etched. The etching rate is desirably about 20 nm / sec.

この水晶エッチング工程−１により、一枚の平板の水晶基板３０に板厚方向に貫通する多数（４個）の開口部３１ｂが形成される。すなわち、完成状態における位相差板３の環状枠部３ａおよび３個の位相差部３ｃ（図１参照）を形成する領域３１ａが形成される。
そして、プロテクト層・レジスト剥離工程−１に移行する。 By this crystal etching step-1, a large number (four) of openings 31b penetrating in the thickness direction are formed in one flat crystal substrate 30. That is, the region 31a for forming the annular frame portion 3a and the three phase difference portions 3c (see FIG. 1) of the phase difference plate 3 in the completed state is formed.
Then, the process proceeds to the protect layer / resist peeling step-1.

図３（ｅ）に示すプロテクト層・レジスト剥離工程−１では、レジストパターニング工程−１においてプロテクト層５の表面にパターニングされたレジスト６およびレジスト６の下層の分離プロテクト層５ａが剥離される。レジスト６の剥離は、アセトンなどのフォトレジスト剥離剤を用いて剥離される。また、分離プロテクト層（Ｃｒ／Ａｕの金属膜）５ａは、Ｃｒ剥離液およびＡｕ剥離液用いて剥離される。Ｃｒ剥離液およびＡｕ剥離液は、プロテクト層エッチング工程−１において用いたエッチング液を用いることもできる。 In the protect layer / resist stripping step-1 shown in FIG. 3E, the resist 6 patterned on the surface of the protect layer 5 in the resist patterning step-1 and the separation protect layer 5a under the resist 6 are stripped. The resist 6 is peeled off using a photoresist remover such as acetone. The separation protection layer (Cr / Au metal film) 5a is peeled off using a Cr stripping solution and an Au stripping solution. As the Cr stripping solution and the Au stripping solution, the etching solution used in the protect layer etching step-1 can also be used.

以上の開口部形成加工ステップにより、図４（ａ）に示すように、４個の開口部３１ｂが形成された中間加工状態の位相差板３１（以後、位相差板３１と表す）が完成する。
そして位相差部形成ステップに移行する。 Through the above-described opening forming processing step, as shown in FIG. 4A, an intermediate processed phase difference plate 31 (hereinafter referred to as phase difference plate 31) in which four openings 31b are formed is completed. .
And it transfers to a phase difference part formation step.

位相差部形成ステップでは、先ず、図３（ｆ）に示すプロテクト層形成工程−２において、４個の開口部３１ｂが形成された位相差板３１の表面に、プロテクト層７が成膜される。
プロテクト層７は、レジストパターニング工程−１の場合と同様に、真空蒸着法またはスパッタ法を用いて下地層としてクロム（Ｃｒ）、その上層に金（Ａｕ）の金属膜が成膜される。このプロテクト層７は、後工程の水晶エッチング工程−２におけるエッチングの際に、エッチング液により水晶よりなる位相差板３１の表面が粗くなるのを防ぐなどの機能を有する。
そして、レジストパターニング工程−２に移行する。 In the phase difference forming step, first, the protect layer 7 is formed on the surface of the phase difference plate 31 in which the four openings 31b are formed in the protect layer forming step-2 shown in FIG. .
As in the case of the resist patterning step-1, the protective layer 7 is formed by forming a metal film of chromium (Cr) as an underlayer and gold (Au) as an underlayer by using a vacuum deposition method or a sputtering method. This protect layer 7 has a function of preventing the surface of the phase difference plate 31 made of quartz from being roughened by an etching solution during etching in the subsequent quartz etching step-2.
Then, the process proceeds to resist patterning process-2.

図３（ｇ）に示すレジストパターニング工程−２では、レジスト８がプロテクト層７の表面にパターニングされる。
レジスト８のパターニングは、位相差板３１のプロテクト層７が成膜された領域３１ａのうち、位相差板３１の外周に沿う環状枠、すなわち、完成状態における位相差板３の環状枠部３ａが形成される領域（図１参照）に、レジスト８がパターニングされる。
レジスト８がパターニングは、レジストパターニング工程−１と同様に一般的なパターニング法を用いて行われる。
そして、プロテクト層エッチング工程−２に移行する。 In the resist patterning process-2 shown in FIG. 3G, the resist 8 is patterned on the surface of the protect layer 7.
In the patterning of the resist 8, the annular frame along the outer periphery of the retardation plate 31 in the region 31a where the protective layer 7 of the retardation plate 31 is formed, that is, the annular frame portion 3a of the retardation plate 3 in the completed state is formed. A resist 8 is patterned in a region to be formed (see FIG. 1).
Patterning of the resist 8 is performed using a general patterning method as in the resist patterning step-1.
Then, the process proceeds to the protective layer etching process-2.

図３（ｈ）に示すプロテクト層エッチング工程−２では、プロテクト層エッチング工程−１と同様に、パターニングされたレジスト８およびレジスト８の下層のプロテクト層７をポジ型のエッチングレジストとして、エッチング液を用いてプロテクト層７のウエットエッチングが行われる。これにより、レジスト８に覆われていない領域３１ａ上に形成されたプロテクト層７がエッチングされる。
そして、水晶エッチング工程−２に移行する。 In the protect layer etching step-2 shown in FIG. 3 (h), similarly to the protect layer etching step-1, the patterned resist 8 and the protect layer 7 below the resist 8 are used as a positive etching resist, and an etching solution is used. Using this, wet etching of the protective layer 7 is performed. Thereby, the protection layer 7 formed on the region 31a not covered with the resist 8 is etched.
Then, the process proceeds to crystal etching step-2.

図３（ｉ）に示す水晶エッチング工程−２では、パターニングされたレジスト８およびレジスト８の下層のプロテクト層７をポジ型のフォトマスクとして、位相差板３１のウエットエッチングが行われる。
エッチング液として、例えば、フッ化アンモニウム（Ｈ₄ＦＮ）が用いられる。これにより、レジスト８およびプロテクト層７に覆われた領域３１ａを除く位相差板３１がエッチングされる。すなわち、完成状態における位相差板３の環状枠部３ａに囲まれた１／２λ位相差機能領域のエッチングが行われる。エッチングされた位相差板３１は、断面視凹形状を成している。 In the crystal etching step-2 shown in FIG. 3I, the phase difference plate 31 is wet etched using the patterned resist 8 and the protective layer 7 under the resist 8 as a positive photomask.
For example, ammonium fluoride (H ₄ FN) is used as the etching solution. Thereby, the phase difference plate 31 excluding the region 31a covered with the resist 8 and the protective layer 7 is etched. That is, the 1 / 2λ phase difference functional region surrounded by the annular frame portion 3a of the phase difference plate 3 in the completed state is etched. The etched retardation film 31 has a concave shape in cross section.

エッチングされた位相差板３１は、レジスト８およびプロテクト層７に覆われた領域３１ａが位相差板３１の外周に沿う環状枠３１ａを構成し、１／２λ位相差機能領域に環状枠３１ａに一体に支持された３個の薄厚の位相差部３１ｃがストライプ状に形成される。
そして、プロテクト層・レジスト剥離工程−２に移行する。 In the etched phase difference plate 31, an area 31a covered with the resist 8 and the protective layer 7 constitutes an annular frame 31a along the outer periphery of the phase difference plate 31, and the 1 / 2λ phase difference functional area is integrated with the annular frame 31a. The three thin phase difference portions 31c supported by are formed in a stripe shape.
Then, the process proceeds to the protective layer / resist peeling step-2.

図３（ｊ）に示すプロテクト層・レジスト剥離工程−２では、パターニングされたレジスト８およびレジスト８の下層のプロテクト層７が剥離される。レジスト８は、アセトンなどのフォトレジスト剥離剤を用いて剥離される。また、プロテクト層（Ｃｒ／Ａｕの金属膜）７は、Ｃｒ剥離液およびＡｕ剥離液用いて剥離される。Ｃｒ剥離液およびＡｕ剥離液は、プロテクト層エッチング工程−２において用いたエッチング液を用いることもできる。 In the protect layer / resist stripping step-2 shown in FIG. 3J, the patterned resist 8 and the protect layer 7 under the resist 8 are stripped. The resist 8 is stripped using a photoresist stripper such as acetone. The protective layer (Cr / Au metal film) 7 is peeled off using a Cr stripping solution and an Au stripping solution. As the Cr stripping solution and the Au stripping solution, the etching solution used in the protect layer etching step-2 can also be used.

これにより、位相差部形成ステップにおける加工が終了し、位相差板３が形成される。形成された位相差板３の斜視図を図４（ｂ）に示す。
図３（ｊ）および図４（ｂ）において、形成された位相差板３は、矩形状の環状枠部３ａと、環状枠部３ａに囲まれた環状枠内に、環状枠部３ａよりも薄厚の多数（３個）の位相差部３ｃと、多数（４個）の開口部３ｂとがストライプ状に形成された１／２λ位相差機能領域を有する。 Thereby, the process in a phase difference part formation step is complete | finished, and the phase difference plate 3 is formed. A perspective view of the formed retardation plate 3 is shown in FIG.
3 (j) and 4 (b), the formed phase difference plate 3 has a rectangular annular frame portion 3a, and an annular frame surrounded by the annular frame portion 3a, more than the annular frame portion 3a. A large number (three) of retardation portions 3c and a large number (four) of opening portions 3b each have a 1 / 2λ phase difference functional region formed in a stripe shape.

なお、図３（ｊ）に示す位相差部３ｃの厚さｔ２は、２０μｍ以上の所定の厚さである。また、位相差板３の外周に沿う環状枠部３ａの厚さｔ１、すなわち位相差板３の製造に用いられる水晶基板３０の厚さは、形成された位相差板３のハンドリングの際の強度が確保できる範囲であれば任意に設定可能であるが、少なくとも１００μｍ以上の厚さであることが好ましい。また、環状枠部３ａの幅βは、厚さｔ１と同様に、ハンドリングの際の強度が確保できる範囲であれば任意に設定可能であるが、後述する偏光分離素子２への貼着のし易さ、あるいは１／２λ位相差機能領域の大きさなどを考慮すると、偏光分離素子２を構成するガラス材２ａの貼り合わせ方向の幅とほぼ同じ、もしくはそれ以下が望ましい。 Note that the thickness t2 of the phase difference portion 3c shown in FIG. 3 (j) is a predetermined thickness of 20 μm or more. The thickness t1 of the annular frame portion 3a along the outer periphery of the phase difference plate 3, that is, the thickness of the crystal substrate 30 used for manufacturing the phase difference plate 3, is the strength when the formed phase difference plate 3 is handled. However, it is preferable that the thickness is at least 100 μm or more. Further, the width β of the annular frame portion 3a can be arbitrarily set as long as the strength at the time of handling can be ensured, as in the case of the thickness t1, but the width β can be attached to the polarization separation element 2 described later. Considering easiness or the size of the ½λ phase difference functional area, it is desirable that the width in the bonding direction of the glass material 2a constituting the polarization separating element 2 is substantially the same or smaller.

以上のように加工形成された位相差板３は、少なくとも一方の面（光入射面：環状枠部３ａおよび位相差部３ｃを含む平坦面）に、反射防止層９が設けられる（図２参照）。反射防止層９としては、例えば、二酸化珪素、酸化チタン等の物質を蒸着またはスパッタリング処理、あるいはフッ素系物質を薄く塗布することにより形成される。これにより、位相差板３が完成する。 The retardation plate 3 processed and formed as described above is provided with the antireflection layer 9 on at least one surface (light incident surface: a flat surface including the annular frame portion 3a and the phase difference portion 3c) (see FIG. 2). ). The antireflection layer 9 is formed, for example, by depositing or sputtering a substance such as silicon dioxide or titanium oxide, or by thinly applying a fluorine-based substance. Thereby, the phase difference plate 3 is completed.

完成した位相差板３は、偏光分離素子２の一方の面に貼着される。
以下、位相差板３の偏光分離素子２への貼着方法について、図５、および前記図１、図２を参照しながら説明する。
図５は、偏光分離素子に位相差板が貼着される態様を模式的に示す説明図である。 The completed retardation plate 3 is attached to one surface of the polarization separation element 2.
Hereinafter, a method for attaching the retardation film 3 to the polarization separation element 2 will be described with reference to FIG. 5 and FIGS. 1 and 2.
FIG. 5 is an explanatory view schematically showing an aspect in which a retardation plate is attached to the polarization separation element.

完成した位相差板３は、既に加工されて完成状態の偏光分離素子２の光射出面に設けられた反射防止層９の表面に貼着される。
貼着される位相差板３は、上記図１中に実線の矢印で示すように、光学軸に平行な面が偏光分離素子２の表面（偏光分離素子２の光射出面）となるように、しかも、入射する直線偏光光（ｐ偏光光）の電界ベクトルの振動方向αと光学軸との角度θが略４５°となるように配置されている。 The completed retardation plate 3 is adhered to the surface of the antireflection layer 9 provided on the light exit surface of the polarization separation element 2 that has been processed and completed.
As shown by the solid arrow in FIG. 1, the phase difference plate 3 to be attached is such that the surface parallel to the optical axis becomes the surface of the polarization separation element 2 (the light exit surface of the polarization separation element 2). Moreover, the angle θ between the vibration direction α of the electric field vector of the incident linearly polarized light (p-polarized light) and the optical axis is approximately 45 °.

位相差板３の偏光分離素子２への貼着には、接着剤（貼着層）４が用いられる。接着剤４としては、接着加工が容易で比較的高温度に耐えうる一液性エポキシまたは一液性アクリル系の紫外線硬化型が用いられる。望ましい紫外線硬化型接着剤の一例としては、サンライズＭＳＩ株式会社製のＰＨＯＴＯボンド（登録商標）が挙げられる。
貼着層４は、図５に示すように、位相差板３の環状枠部３ａの光入射面（環状枠部３ａおよび位相差部３ｃを含む平坦面）の内、環状枠部３ａのみに塗布される。 An adhesive (adhesive layer) 4 is used for adhering the retardation plate 3 to the polarization separation element 2. As the adhesive 4, a one-component epoxy or one-component acrylic ultraviolet curing type that is easy to bond and can withstand a relatively high temperature is used. As an example of a desirable ultraviolet curable adhesive, PHOTO Bond (registered trademark) manufactured by Sunrise MSI Co., Ltd. may be mentioned.
As shown in FIG. 5, the adhesive layer 4 is formed only on the annular frame portion 3 a of the light incident surface of the annular frame portion 3 a of the retardation plate 3 (a flat surface including the annular frame portion 3 a and the retardation portion 3 c). Applied.

そして、位相差板３の各位相差部３ｃを、偏光分離素子２のガラス材２ａに形成されたそれぞれの偏光分離膜２ｂに対応する光射出面に重なるように位置合わせして、環状枠部３ａを偏光分離素子２の方向に押圧した後に、接着剤４に紫外線（ケミカルランプや高圧水銀灯）を積算光量６００ｍｊ／ｃｍ²（照度２ｍＷ／ｃｍ²）程度、照射する。紫外線が照射された貼着層４は、硬化して、位相差板３が偏光分離素子２に貼着される。硬化された貼着層４の厚さγは、１０μｍ〜２０μｍ程度が好ましい。特に２μ以下では位相差部と光射出面との間に干渉縞が発生し易くなる。
硬化された貼着層４の厚さγは、偏光分離素子２の光射出面と位相差板３の各位相差部３ｃとの間に間隙λを形成する。間隙γは、位相差部３ｃと偏光分離素子２の光射出面との間に形成された空気層として機能する。 And each phase difference part 3c of the phase difference plate 3 is aligned so that it may overlap with the light emission surface corresponding to each polarization separation film 2b formed in the glass material 2a of the polarization separation element 2, and the annular frame part 3a. Then, the adhesive 4 is irradiated with ultraviolet rays (chemical lamp or high-pressure mercury lamp) for an integrated light amount of 600 mj / cm ² (illuminance ² mW / cm ² ). The adhesive layer 4 irradiated with ultraviolet rays is cured, and the phase difference plate 3 is attached to the polarization separation element 2. The thickness γ of the cured adhesive layer 4 is preferably about 10 μm to 20 μm. In particular, when the thickness is 2 μm or less, interference fringes are easily generated between the phase difference portion and the light exit surface.
The thickness γ of the cured adhesive layer 4 forms a gap λ between the light exit surface of the polarization separating element 2 and each phase difference portion 3 c of the phase difference plate 3. The gap γ functions as an air layer formed between the phase difference portion 3 c and the light exit surface of the polarization separation element 2.

こうした加工工程により、位相差板３の環状枠部３ａが偏光分離素子２の光射出側の面に貼着層４により貼着された偏光変換素子１０が完成する（図１参照）。
この偏光変換素子１０は、偏光分離膜２ｂに入射する光（ｓ偏光光＋ｐ偏光光）が、ｓ偏光光とｐ偏光光とに分離される。分離されて偏光分離膜２ｂを透過したｐ偏光は、位相差板３の位相差部３ｃを通過することで、偏光方向が直交するｓ偏光光に変換され、偏光分離膜２ｂで分離されて反射膜２ｃにおいて反射されたｓ偏光光とともに偏光変換素子１０から射出する機能を有する（図６（ｂ）参照）。 Through such processing steps, the polarization conversion element 10 in which the annular frame portion 3a of the phase difference plate 3 is adhered to the light emitting side surface of the polarization separation element 2 with the adhesion layer 4 is completed (see FIG. 1).
In this polarization conversion element 10, light (s-polarized light + p-polarized light) incident on the polarization separation film 2b is separated into s-polarized light and p-polarized light. The p-polarized light that has been separated and transmitted through the polarization separation film 2b passes through the phase difference portion 3c of the phase difference plate 3 to be converted into s-polarized light whose polarization directions are orthogonal, and is separated and reflected by the polarization separation film 2b. It has a function of emitting from the polarization conversion element 10 together with the s-polarized light reflected by the film 2c (see FIG. 6B).

以上のように製造された偏光変換素子１０は、透過型プロジェクタ、反射型プロジェクタなどの照明光学系に好ましく用いることができる。
プロジェクタなどの照明光学系に組み込まれて用いられる偏光変換素子１０は、偏光分離素子２の光射出面と、水晶より成る位相差板３（位相差部３ｃ）との間に、間隙λの空気層が形成されていることにより、光源から射出されて偏光変換素子１０（偏光分離素子２および位相差部３ｃ）を通過する光により発生する熱を、雰囲気中に放熱する効果が得られる。よって、耐熱性および耐光性が向上し、光学特性の劣化を低減した偏光変換素子１０およびプロジェクタを得ることができる。 The polarization conversion element 10 manufactured as described above can be preferably used in an illumination optical system such as a transmissive projector and a reflective projector.
A polarization conversion element 10 incorporated and used in an illumination optical system such as a projector has an air gap λ between a light exit surface of the polarization separation element 2 and a phase difference plate 3 (phase difference portion 3c) made of quartz. By forming the layer, an effect of radiating heat generated by light emitted from the light source and passing through the polarization conversion element 10 (the polarization separation element 2 and the phase difference portion 3c) into the atmosphere can be obtained. Therefore, it is possible to obtain the polarization conversion element 10 and the projector with improved heat resistance and light resistance and reduced deterioration of optical characteristics.

また、偏光変換素子１０は、少なくとも空気層を形成する偏光分離素子２の光射出面および位相差板３（位相差部３ｃ）の光入射面に、反射防止層９が形成されていることにより、それぞれの面における多重反射を防ぐことができる。 Further, the polarization conversion element 10 has an antireflection layer 9 formed on at least the light exit surface of the polarization separation element 2 that forms the air layer and the light incident surface of the phase difference plate 3 (phase difference portion 3c). Multiple reflection on each surface can be prevented.

また、偏光分離素子２の光射出面に貼着される位相差板３が、上記図３（ａ）〜図３（ｅ）に示す開口部形成ステップにおいて、１／２λ位相差機能を有する一枚の平板の水晶基板３０にエッチング法を用いて開口部３１ｂが形成され、図３（ｆ）〜図３（ｊ）に示す位相差部形成ステップにおいて、１／２λ位相差機能領域がエッチングされて、位相差板３の外周に沿う環状枠部３ａの環状枠内に、薄厚の位相差部３ｃがストライプ状に形成される。よって、厚さが薄く、破損し易い位相差部３ｃを容易に形成することができる。 In addition, the phase difference plate 3 attached to the light exit surface of the polarization separation element 2 has a 1 / 2λ phase difference function in the opening forming step shown in FIGS. 3 (a) to 3 (e). An opening 31b is formed in the flat quartz crystal substrate 30 by using an etching method, and in the phase difference forming step shown in FIGS. 3 (f) to 3 (j), the 1 / 2λ phase difference functional region is etched. Thus, a thin retardation portion 3c is formed in a stripe shape in the annular frame of the annular frame portion 3a along the outer periphery of the retardation plate 3. Therefore, the phase difference part 3c which is thin and easily damaged can be easily formed.

さらに、偏光変換素子１０は、完成した位相差板３が偏光分離素子２の光射出面に貼着される際に、厚さが薄く破損し易い位相差部３ｃが、厚さの厚い環状枠部３ａに一体に支持されていること、およびその環状枠部３ａのみに貼着層４が形成されて貼着されることにより、短冊状に加工された１／２λ位相差板を一枚ずつ格子状に配列して貼り合わせて加工する従来の方法に比べて、取り扱い易く、しかも作業性に優れた偏光変換素子１０の製造方法が得られる。 Further, the polarization conversion element 10 has an annular frame in which the retardation portion 3c is thin and easily damaged when the completed retardation plate 3 is attached to the light exit surface of the polarization separation element 2. The half-wave retardation plates processed into strips one by one by being integrally supported by the portion 3a and by forming the adhesive layer 4 only on the annular frame 3a. Compared to the conventional method of arranging and processing in a lattice pattern, the method of manufacturing the polarization conversion element 10 is obtained which is easy to handle and has excellent workability.

なお、本実施形態は、以下の変形例として挙げられているような形態であっても、本実施形態と同様な効果を得ることが可能である。 In addition, even if this embodiment is a form mentioned as the following modifications, the effect similar to this embodiment can be acquired.

（変形例１）
水晶エッチング工程−１および水晶エッチング工程−２において、水晶基板３０および中間加工状態の位相差板３１がウエットエッチング法を用いてエッチングされる場合で説明したが、ドライエッチング法を用いてもよい。 (Modification 1)
In the crystal etching step-1 and the crystal etching step-2, the case where the crystal substrate 30 and the phase difference plate 31 in the intermediate processing state are etched using the wet etching method has been described, but a dry etching method may be used.

ドライエッチング法として、例えば、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）を用いてエッチングする場合には、プロテクト層５，７に代えて、Ｍｇｆ₂（フッ化マグネシウム）を真空蒸着して形成された膜厚が２００ｎｍ程度のエッチングストップ層が形成されるのが好ましい。Ｍｇｆ₂よりなるエッチングストップ層は、後工程の水晶エッチング工程−１，２におけるエッチングの際に、水晶基板３０および位相差板３１のオーバーエッチングなどを防ぐ機能を有する。 As a dry etching method, for example, when etching is performed using reactive ion etching (RIE), a film thickness formed by vacuum deposition of Mgf ₂ (magnesium fluoride) instead of the protective layers 5 and 7 is used. It is preferable that an etching stop layer of about 200 nm is formed. The etching stop layer made of Mgf ₂ has a function of preventing over-etching of the crystal substrate 30 and the phase difference plate 31 during etching in the subsequent crystal etching steps-1 and 2.

また、反応性イオンエッチングは、真空容器内に配備された二つの電極のうちの一方の電極（陰極）にレジスト６がパターニングされた水晶基板３０およびレジスト８がパターニングされた位相差板３１を配置して、真空容器内を真空に排気した後、反応性ガスとしてトリフロメタン（ＣＨＦ₃）およびＯ₂（酸素）が導入されて、反応性ガスに電磁波を与えてプラズマ化するとともに、陰極に高周波が印加されて、レジスト６およびレジスト８の覆われていない領域のエッチングを行うことができる。エッチングレートは１ｎｍ／ｓｅｃ程度が望ましい。 In reactive ion etching, a crystal substrate 30 on which a resist 6 is patterned and a phase difference plate 31 on which a resist 8 is patterned are arranged on one of two electrodes (cathode) provided in a vacuum vessel. Then, after evacuating the inside of the vacuum vessel, trifluoromethane (CHF ₃ ) and O ₂ (oxygen) are introduced as reactive gases, and an electromagnetic wave is applied to the reactive gas to form plasma, and a high frequency is applied to the cathode. Can be applied to etch the regions of the resist 6 and the resist 8 that are not covered. The etching rate is desirably about 1 nm / sec.

（変形例２）
偏光変換素子１０は、入射する光（ｓ偏光光＋ｐ偏光光）が１種類のｓ偏光光に変換されて射出することができる構成の場合で説明したが、入射する光が１種類のｐ偏光光に変換されて射出する構成であってもよい。この場合には、位相差板３の１／２λ位相差機能を有する位相差部３ｃを、偏光分離素子２の反射膜２ｃにおいて反射されるｓ偏光光の光射出面側の面に配置すればよい。 (Modification 2)
The polarization conversion element 10 has been described with a configuration in which incident light (s-polarized light + p-polarized light) can be emitted after being converted into one type of s-polarized light. However, the incident light has one type of p-polarized light. It may be configured to be converted into light and emitted. In this case, if the phase difference portion 3c having the 1 / 2λ phase difference function of the phase difference plate 3 is disposed on the light exit surface side surface of the s-polarized light reflected by the reflection film 2c of the polarization separation element 2. Good.

本実施形態に係る偏光変換素子の構成を模式的に示す斜視図。The perspective view which shows typically the structure of the polarization conversion element which concerns on this embodiment. 図１のＡ−Ａ線における断面図。Sectional drawing in the AA of FIG. 本実施形態に係る位相差板の製造方法を模式的に示す工程図。Process drawing which shows the manufacturing method of the phase difference plate which concerns on this embodiment typically. （ａ）は開口部形成ステップ後の態様を示す位相差板の斜視図であり、（ｂ）は位相差部形成ステップ後の態様を示す位相差板の斜視図。(A) is a perspective view of the phase difference plate which shows the aspect after an opening part formation step, (b) is a perspective view of the phase difference plate which shows the aspect after a phase difference part formation step. 偏光分離素子に位相差板が貼着される態様を模式的に示す説明図。Explanatory drawing which shows typically the aspect by which a phase difference plate is affixed on a polarization splitting element. 従来の偏光変換素子を説明するための模式図であり、（ａ）は偏光変換素子の斜視図、（ｂ）は（ａ）を＋ｚ方向から見た偏光変換素子の平面図。It is a schematic diagram for demonstrating the conventional polarization conversion element, (a) is a perspective view of a polarization conversion element, (b) is a top view of the polarization conversion element which looked at (a) from + z direction.

Explanation of symbols

２…偏光分離素子、２ａ…ガラス材、２ｂ…偏光分離膜、２ｃ…反射膜、３…位相差板、３ａ…環状枠部、３ｂ…開口部、３ｃ…位相差部、４…貼着層としての接着剤、５，７…プロテクト層、６，８…レジスト、１０…偏光変換素子、３０…水晶基板、３１…中間加工状態の位相差板、γ…間隙（空気層）。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 2 ... Polarization separation element, 2a ... Glass material, 2b ... Polarization separation film, 2c ... Reflection film, 3 ... Phase difference plate, 3a ... Annular frame part, 3b ... Opening part, 3c ... Phase difference part, 4 ... Adhesion layer Adhesives 5, 7... Protective layer 6, 8... Resist 10. Polarization conversion element 30... Quartz substrate 31.

Claims

A polarization separation element is provided alternately on a plurality of translucent substrates that are sequentially bonded to a light incident surface and a light exit surface substantially parallel to the light incident surface at a plurality of interfaces at a predetermined angle, and the plurality of interfaces. A polarization separation film and a reflection film formed,
A phase difference plate for converting and emitting the polarization state of incident light is made of quartz having a 1 / 2λ phase difference function, and the polarization conversion is attached to the light exit surface of the polarization separation element. A method for manufacturing an element, comprising:
The retardation plate has a rectangular ring-shaped frame portion along the periphery of the polarization separation element, and a phase difference portion formed in a lattice shape in an annular frame surrounded by the ring-shaped frame portion,
The thickness of the retardation part is formed thinner than the thickness of the annular frame part,
The polarization conversion element, wherein the retardation plate includes an air layer between the retardation portion and the light exit surface of the polarization separation element, and the annular frame portion and the light exit surface are adhered to each other. Manufacturing method.

In the manufacturing method of the polarization conversion element according to claim 1,
The method of manufacturing a polarization conversion element, wherein the air layer is a gap formed by an adhesive layer that adheres the annular frame portion to the light exit surface of the polarization separation element.

In the manufacturing method of the polarization conversion element according to claim 1 or 2,
The method of manufacturing a polarization conversion element, wherein the phase difference plate is formed by using an etching method on a quartz substrate made of a flat plate having a 1 / 2λ phase difference function.

In the manufacturing method of the polarization conversion element according to any one of claims 1 to 3,
A method of manufacturing a polarization conversion element, comprising an antireflection layer on at least a light exit surface of the polarization separation element that forms the air layer and a surface of the phase difference portion that faces the light exit surface. .